(57)【要約】【課題】簡単な制御によって放電ランプの電極の温度差を低減し、結果的にフリッカを軽減することができる放電灯点灯装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を備える極性反転回路２により放電ランプＬａに矩形波交番電圧が印加される。スイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のオンオフは制御回路３により制御される。制御回路３は、定常点灯時には放電ランプＬａに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を１対１にし、両電極に温度差が生じるときには放電ランプＬａに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を異ならせることによって温度差を低減する。つまり、電圧の印加時間を極性ごとに変化させるだけの簡単な制御としながらも放電ランプＬａの両電極の温度差を低減してフリッカを軽減することが可能になる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のスイッチング素子を備え放電ランプに矩形波交番電圧を印加する交番電圧発生回路と、交番電圧発生回路に設けたスイッチング素子のオンオフを制御し放電ランプの両電極の温度差を低減するように放電ランプに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を可変とする制御回路とを備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプの始動から所定期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプの消灯前の所定期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さい期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さくなった時点から所定期間は各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項６】
前記放電ランプにおけるフリッカの発生を検出するフリッカ検出手段を備え、前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、フリッカ検出手段がフリッカを検出している期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項７】
前記放電ランプにおけるフリッカの発生を検出するフリッカ検出手段を備え、前記制御回路は、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、フリッカ検出手段がフリッカを検出した時点から所定期間は各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の放電灯点灯装置。
【請求項８】
前記フリッカ検出手段は、前記放電ランプの両端電圧とランプ電流と光出力との少なくとも１要素を検出要素に用いてフリッカの発生を検出することを特徴とする請求項６または請求項７記載の放電灯点灯装置。
【請求項９】
前記フリッカ検出手段は、前記検出要素の単位時間内の変化量が規定値以上であるとフリッカの発生として検出することを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
【請求項１０】
前記フリッカ検出手段は、前記検出要素の単位時間内の変化量が規定値以上である回数を一定の判定期間毎に求め、判定期間に求めた回数が規定した閾値以上であるとフリッカの発生として検出することを特徴とする請求項８記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電灯点灯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、放電ランプに矩形波交番電圧を印加して点灯させる放電灯点灯装置が知られている。とくに、プロジェクタ用の光源や自動車の前照灯に用いる超高圧水銀ランプのような高輝度放電ランプ（ＨＩＤランプ）では、音響共鳴現象の発生を防止するために、比較的低周波（数百Ｈｚ程度）の矩形波交番電圧を印加する構成が広く採用されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種の用途では点光源に近付けるために、放電ランプのアーク長をできるだけ小さくすることが要求されている。しかしながら、アーク長を小さくすると、電極上におけるアークの発生位置が電極の温度や表面の状態に依存して不安定になり、アークの起点位置が別の場所にジャンプする現象が生じやすくなる。この種の現象が生じると、放電ランプからの光出力にフリッカ（ちらつき）が生じ、プロジェクタ用の光源として用いる場合には、投影面（スクリーン）上での輝度が低下したり、明るさの変動によって映像が見にくくなるなどの問題を生じる。
【０００４】
ところで、プロジェクタ用の光源などに用いる放電ランプＬａは、図１５に示すように、ランプ管１の長手方向の一端部に口金２を備える片口金であって、ランプ管１の長手方向において一対の電極３ａ，３ｂが並ぶように構成されたものが多い。この種の放電ランプＬａは、配光を制御するために凹面鏡からなる反射鏡４の内側に配置され、反射鏡４の前面である開口面はガラス板のような透光板５で覆われる。放電ランプＬａの口金２は反射鏡４の後端部に位置し、接合剤（セメント）６を用いて反射鏡４に固定される。
【０００５】
上述のような片口金の放電ランプＬａを反射鏡４とともに用いると、口金２の近傍において反射鏡４が結合されることによって、口金２に近い電極３ａと反射鏡４の開口に近い電極３ｂとの周辺の熱容量に差が生じるから、結果的に両電極３ａ，３ｂに温度差が生じやすくなる。上述のようにアークの発生位置は電極の温度に依存しているから、電極３ａ，３ｂに温度差があるとアークが不安定になりフリッカの原因になる。
【０００６】
ところで、放電ランプＬａのフリッカを軽減する技術としては、フリッカの発生の検出に従って放電ランプＬａのランプ電流形状を変更する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。また、放電ランプのランプ電流の半周期において放電ランプに供給する電力の瞬時値を時間経過とともに次第に増加させる技術も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３５２９８２号公報（第０００９−００１３段落、図１）
【特許文献２】
特表２００２−５３２８６６号公報（第００１３段落、図１）
【特許文献３】
特開２００２−１３４２８７号公報（第００１９−００２０段落、図１−２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１，２に記載のものは電極の損耗を制御する技術であって、特許文献２においてはとくにフリッカの軽減に着目しているが、放電ランプのランプ電流形状を変更するためにパルス状の電流を重畳する必要があり、比較的複雑な制御が必要になる問題を有している。同様に、特許文献３に記載の技術も放電ランプに供給する電力の瞬時値を変化させ、放電ランプに印加する電圧またはランプ電流の波形を矩形波以外の波形に変更するものであるから、比較的複雑な制御が必要になるという問題を有している。
【０００９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡単な制御によって放電ランプの電極の温度差を低減し、結果的にフリッカを軽減することができる放電灯点灯装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数個のスイッチング素子を備え放電ランプに矩形波交番電圧を印加する交番電圧発生回路と、交番電圧発生回路に設けたスイッチング素子のオンオフを制御し放電ランプの両電極の温度差を低減するように放電ランプに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を可変とする制御回路とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、放電ランプに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を可変として放電ランプの両電極の温度差を低減するから、ランプ電圧の印加時間を極性ごとに変化させるだけの簡単な制御としながらも放電ランプの両電極の温度差を低減してフリッカを軽減することが可能になる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプの始動から所定期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、放電ランプの始動直後であって電極の温度が低い所定期間において両電極の温度差を低減するように電圧を印加するのであって、始動直後の期間における電極の損耗が抑制される。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプの消灯前の所定期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、放電ランプが消灯する際に電極の温度が低下すると両電極に温度差が生じる可能性があるから、放電ランプの消灯前に低温側になる電極が加熱されるように電圧の印加時間を調節することによって、消灯時の両電極の温度差を低減することができ、定常点灯から消灯に至る期間の電極の損耗が抑制される。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さい期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さい期間であって電極の温度が低いときには両電極の温度差を低減するように電圧を印加するから、ランプ電流が定格電流よりも小さい期間における電極の損耗が抑制される。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、前記放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さくなった時点から所定期間は各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さい期間のうちの所定期間は両電極の温度差を低減するように電圧を印加するから、ランプ電流が定格電流よりも小さい期間における電極の損耗が抑制される。しかも、ランプ電流が定格電流よりも小さい全期間において各極性の電圧の印加期間を異ならせる場合に比較すると、電圧の印加期間を等しくする期間が長くなり、一方の電極のみの通電時間が長くなることによる電極の片減りを抑制することができる。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記放電ランプにおけるフリッカの発生を検出するフリッカ検出手段を備え、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、フリッカ検出手段がフリッカを検出している期間には各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、フリッカが生じている期間に両電極の温度差を低減するように電圧を印加するから、電極の温度差によってフリッカが生じていると考えられる期間における電極の損耗が抑制される。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記放電ランプにおけるフリッカの発生を検出するフリッカ検出手段を備え、前記制御回路が、前記放電ランプの定常点灯時には各極性ごとの印加時間が１対１である交番電圧を放電ランプに印加させ、フリッカ検出手段がフリッカを検出した時点から所定期間は各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、フリッカが生じている期間のうちの所定期間は両電極の温度差を低減するように電圧を印加するから、フリッカが生じていると考えられる期間における電極の損耗が抑制される。しかも、フリッカが生じていると考えられる全期間において各極性の電圧の印加期間を異ならせる場合に比較すると、電圧の印加期間を等しくする期間が長くなり、一方の電極のみの通電時間が長くなることによる電極の片減りを抑制することができる。また、定常点灯時であって両電極の温度が十分に高い期間には両電極に均等に電圧を印加することによって電極の片減りを防止することができる。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明において、前記フリッカ検出手段が、前記放電ランプの両端電圧とランプ電流と光出力との少なくとも１要素を検出要素に用いてフリッカの発生を検出することを特徴とする。
【００２５】
この構成は、フリッカを検出するために用いる情報の種類を規定するものである。ランプに印加する電圧とランプ電流と実際の光出力とのうちのいずれかを用いることによってフリッカの発生を判断することができ、また複数の要素を複合して用いることによりフリッカの発生を誤認なく検出可能になる。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記フリッカ検出手段が、前記検出要素の単位時間内の変化量が規定値以上であるとフリッカの発生として検出することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、検出要素の変化率が大きくなったときにフリッカが発生したと判断するからフリッカを遅滞なく検出することができる。
【００２８】
請求項１０の発明は、請求項８の発明において、前記フリッカ検出手段が、前記検出要素の単位時間内の変化量が規定値以上である回数を一定の判定期間毎に求め、判定期間に求めた回数が規定した閾値以上であるとフリッカの発生として検出することを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、検出要素の変化率が大きくなる状態が比較的長い期間（一定期間）に亘って生じているときにフリッカの発生として検出するから、人がフリッカ（ちらつき）を認識する状態と同様の状態を認識して、フリッカの発生を正確に検出することが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、直流電源Ｅを電源とするＤＣ−ＤＣ変換回路１と、ＤＣ−ＤＣ変換回路１から出力される直流電圧を矩形波交番電圧に変換して放電ランプＬａに印加する極性反転回路２とからなる交番電圧発生回路を有し、交番電圧発生回路に設けたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５のオンオフを制御する制御回路３を有する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５としては、パワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴから選択する。また、放電ランプＬａとしては、高輝度放電ランプ、たとえば１２０〜３００Ｗの超高圧水銀放電ランプを用いる。なお、放電ランプＬａを始動するための高電圧を発生させるイグナイタは省略してある。
【００３１】
ＤＣ−ＤＣ変換回路１は、降圧形のチョッパ回路であって、直流電源Ｅ（交流電源を整流して得た直流電源でもよい）の両端間にスイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１との直列回路を挿入し、さらにＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力端間に接続される平滑コンデンサＣ１とインダクタＬ１との直列回路をダイオードＤ１に並列接続した構成を有する。ダイオードＤ１のカソードは、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１との接続点に接続され、ダイオードＤ１のアノードは平滑コンデンサＣ１の負極に接続される。このチョッパ回路は、周知のように、スイッチング素子Ｑ１のオン期間において、インダクタＬ１を通して直流電源Ｅから平滑コンデンサＣ１に充電電流を流し、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に平滑コンデンサＣ１とダイオードＤ１とを通る経路でインダクタＬ１のエネルギを放出させるものである。直流電源Ｅの負極とダイオードＤ１のアノードとの間には入力電流検出用の抵抗Ｒ１が挿入され、平滑コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との直列回路には２個の抵抗Ｒ２，Ｒ３の直列回路である分圧回路４が並列接続される。ここでは、直流電源Ｅとして放電ランプＬａの点灯電圧よりも高電圧のものを想定しているから、降圧形のチョッパ回路を用いているが、直流電源Ｅと放電ランプＬａとの関係に応じて他の構成のＤＣ−ＤＣ変換回路を用いることも可能である。
【００３２】
極性反転回路２は、４個のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５をブリッジ接続したフルブリッジ形のインバータ回路であって、各一対のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５の直列回路からなる一対のアームが並列接続され、各アームは平滑コンデンサＣ１の負極との間に電流検出用の抵抗Ｒ４を挿入した形で平滑コンデンサＣ１の両端間に接続される。また、各アームを構成する各一対のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５の接続点間にはローパスフィルタを構成するインダクタＬ２とコンデンサＣ２との直列回路が挿入され、コンデンサＣ２の両端間に放電ランプＬａが接続される。インダクタＬ２とコンデンサＣ２とは放電ランプＬａに対して高周波電圧が印加されず数百Ｈｚ以下の交番電圧が印加されるように設定される。
【００３３】
制御回路３は、抵抗Ｒ１，Ｒ３，Ｒ４の各両端電圧を監視することによって、ＤＣ−ＤＣ変換回路１と極性反転回路２と放電ランプＬａとの動作を監視し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ５のオンオフを制御するための２相の制御信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。制御信号Ｓ１，Ｓ２はドライブ回路５ａ，５ｂを介してスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５に与えられる。抵抗Ｒ３の両端電圧はＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧（平滑コンデンサＣ１の両端電圧）に比例する電圧であって、放電ランプＬａの両端電圧（以下、ランプ電圧という）を反映した電圧になる。また、抵抗Ｒ４の両端電圧は、ＤＣ−ＤＣ変換回路１から極性反転回路２に供給された電流であるから、ランプ電流を反映していることになる。つまり、抵抗Ｒ３，Ｒ４の各両端電圧によって放電ランプＬａのランプ電圧とランプ電流とを監視することができる。
【００３４】
制御回路３には、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と呼ぶ）１０が含まれ、マイコン１０に内蔵した２個のＡ／Ｄ変換器１１，１２にそれぞれ抵抗Ｒ３，Ｒ４の両端電圧が入力される。ここに、抵抗Ｒ３の両端電圧は平滑コンデンサＣ１により平滑された電圧であってＡ／Ｄ変換器１１のサンプリング周期内では一定と考えてよいからＡ／Ｄ変換器１１に直接入力しているが、抵抗Ｒ４の両端電圧は極性反転回路２におけるスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５のスイッチングによって変動ししかも抵抗Ｒ４は小抵抗であって両端電圧が低電圧であるからフィルタおよび増幅の機能を備えた電流検出回路６を通してＡ／Ｄ変換器１２に入力する。
【００３５】
ところで、プロジェクタや自動車の前照灯に用いる高輝度放電ランプは、光出力の立ち上がり時間を短縮するために、始動直後の所定期間においては比較的大きなランプ電流（定格電流よりも大きい電流）を流す電流制御を行って水銀蒸気圧を上昇させ、水銀蒸気圧の上昇によって光出力が上昇した後の定常点灯状態においては光出力を安定に保つように定電力を供給する電力制御を行うのが一般的である。マイコン１０には、放電ランプＬａの点灯と消灯とを指示する点灯許可信号Ｓｉが入力され、点灯許可信号Ｓｉにより点灯が指示されると上述した電流制御や電力制御を含む点灯処理を行い、点灯許可信号Ｓｉにより消灯が指示されると後述する消灯処理を行う点灯モード制御部１３が設けられる。点灯モード制御部１３は、点灯処理や消灯処理に際して時間経過に伴って電力の目標値を生成する機能と、点灯および消灯の指示に対して極性反転回路２の運転と停止とを指示する機能を有する。
【００３６】
点灯モード制御部１３で生成された電力の目標値は、Ａ／Ｄ変換器１１の出力とともに電力制御部１４に入力される。電力制御部１４にはランプ電圧（抵抗Ｒ３の両端電圧に対応したＡ／Ｄ変換器１１の出力値）と電力制御データとを対応付けたデータテーブル１５が接続されており、電力制御部１４ではＡ／Ｄ変換器１１の出力値が入力されるとデータテーブル１５と照合することにより電力制御データを抽出する。電力制御データは点灯モード制御部１３から出力される電力の目標値と比較され、電力制御部１４は電力制御データと電力の目標値との大小関係に応じたパルス幅のＰＷＭ信号を出力する。ＰＷＭ信号のパルス幅は、電力制御データが目標値よりも大きいときには狭くなり、電力制御データが目標値よりも小さいときには広くなる。ここに、電力制御部１４において電力制御データと電力の目標値との大小関係を用いてＰＷＭ信号を生成する技術としては、電力制御データと電力の目標値との差に相当する値をプリセットカウンタに与え、プリセットカウンタによりマイコン１０のクロック信号を計数する構成を採用すればよい。
【００３７】
マイコン１０に設けた電力制御部１４から出力されたＰＷＭ信号（つまり、電力の目標値に対する補正量に相当する）は、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ５とからなる積分器を通してパルス幅に応じた電圧値に変換され（つまり、Ｄ／Ａ変換に相当する）、ＰＷＭ制御回路７に入力される。ＰＷＭ制御回路７には入力電流検出用の抵抗Ｒ１の両端電圧も入力されており、電力の目標値に対する補正量と入力電流とからＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧の補正量が決まるから、ＰＷＭ制御回路７においてこの補正量に応じたパルス幅の制御信号Ｓ３を生成してスイッチング素子Ｑ１に与えることにより、ＤＣ−ＤＣ変換回路１の出力電圧を放電ランプＬａの動作状態に適合するように制御することができる。ＰＷＭ制御回路７では所定周波数の三角波または鋸歯状波を生成しており、出力電力の補正量を入力電流で除算することにより求めた電圧の補正量に応じたレベルを閾値とし、三角波または鋸歯状波のうち閾値以上の区間がオンになるパルスを生成することによって、スイッチング素子Ｑ１をオンオフさせるパルス状の制御信号Ｓ３を生成する。
【００３８】
ところで、極性反転回路２を構成するスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ５を制御するための制御信号Ｓ１，Ｓ２はマイコン１０に設けたフルブリッジ制御部１６において生成される。制御信号Ｓ１，Ｓ２は数百Ｈｚのパルス状の２相信号であって、各相のオン期間が複数段階（本実施形態では２段階）から選択可能になっている。本実施形態では各相の制御信号Ｓ１，Ｓ２のオン期間が５０％：５０％と６５％：３５％との２段階から選択可能であって、デューティ可変部１７からの指示によりいずれかの段階を択一的に選択する。すなわち、放電ランプＬａに印加する電圧の極性ごとの印加時間が２段階から選択され、一方は各極性の印加時間が等しく、他方は一方の極性の印加時間が他方の極性よりも長くなっている。
【００３９】
すなわち、図２（ｄ）に示すデューティ可変部１７からのデューティ可変信号がオフである期間には、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ５のオン期間とスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のオン期間とは５０％：５０％であって、図２（ａ）のように各極性のランプ電流が流れている期間が等しくなる。一方、図２（ｄ）に示すデューティ可変信号がオンになると、図２（ｂ）（ｃ）のようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ５のオン期間よりもスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４のオン期間のほうが長くなり、図２（ａ）のようにランプ電流は負極性（スイッチング素子Ｑ４−放電ランプＬａ−スイッチング素子Ｑ３の経路を通る向き）のほうが正極性の期間よりも長くなる。
【００４０】
上述のように放電ランプＬａに印加する電圧の極性に応じて印加時間を制御することによって、放電ランプＬａの一対の電極に温度差が生じるような条件においては、温度が低くなるほうの電極への電圧の印加時間を長くすることによって温度差を解消し、結果的に放電ランプＬａの両電極を略同じ温度に保つことによってアークの起点位置の変化を抑制する（電極に突起が形成されアークの基点位置が突起の位置になる）ことが可能になる。ここに、放電ランプＬａに印加する電圧の各極性ごとの印加時間の比率は、放電ランプＬａに立ち消えやちらつきが生じない程度に設定される。また、両電極に温度差がほとんど生じない定常点灯時には各極性の電圧の印加時間を５０％：５０％に設定する。
【００４１】
放電ランプＬａの両電極に温度差が生じるような条件としては、放電ランプＬａの始動から所定期間、放電ランプＬａの消灯前の所定期間、放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さい期間または放電ランプのランプ電流が定格電流よりも小さくなった時点から所定期間を想定している。そこで、デューティ可変部１７は、Ａ／Ｄ変換部１２と点灯モード制御部１３とから指示を受けて、上述した条件が生じているか否かを判断し、上述した条件であればフルブリッジ制御回路１６に与えるデューティ可変信号をオンにして、放電ランプＬａに印加する電圧の負極性の期間を正極性の期間よりも長くする。
【００４２】
すなわち、点灯モード制御部１３は点灯許可信号Ｓｉにより点灯の指示を受けるから、点灯の指示を受けた後に放電ランプＬａの電極の温度差が十分に小さくなるまでの所定期間（放電ランプＬａが１３０Ｗの超高圧水銀ランプであれば数秒〜数分）をマイコン１０に内蔵したタイマ（図示せず）で計時し、タイマの計時時間中にはデューティ可変信号をオンにするようにデューティ可変部１７に指示する。要するに、図３（ａ）に示すように、点灯許可信号Ｓｉにより時刻ｔ１において点灯の指示を受けると、図３（ｂ）のように、点灯モード制御部１６ではデューティ可変部１７に対してデューティ可変信号を所定期間Ｔ１だけオンにするように指示するのである。ここに、放電ランプＬａは点灯の指示を受けるとすぐに始動するから、始動から所定時間においてデューティ可変信号をオンにすればよい。なお、点灯の指示（または始動）からデューティ可変信号をオンにする期間は、放電ランプＬａの形状、周囲温度、放電ランプＬａの使用形態に依存するから、これらの条件を考慮して適宜に設計する。このように、電極に温度差の生じやすい始動直後において電極の温度差を低減しているから、放電ランプＬａの寿命が長くなる。
【００４３】
また同様に、点灯モード制御部１３は、図４（ａ）のように点灯許可信号Ｓｉにより時刻ｔ２において消灯の指示を受けると、フルブリッジ制御部１６の動作を時刻ｔ３において停止させるまでの所定期間Ｔ２を上述した消灯処理の期間として、この期間Ｔ２にデューティ可変信号をオンにするようにデューティ可変部１７に指示する。消灯処理の期間も放電ランプＬａの形状、周囲温度、放電ランプＬａの使用形態に依存する。ちなみに、放電ランプＬａが１３０Ｗの超高圧水銀ランプであれば数秒〜数分になる。このような消灯処理を行うことによって、消灯前に各電極の加熱量に差を与えるから、放電ランプＬａが消灯してから電極が所定温度まで冷えるのに要する時間がほぼ等しくなり、電極状態がほぼ同状態になることによって放電ランプＬａの寿命が長くなる。
【００４４】
さらに、放電ランプＬａの始動直後のように電極の温度が低い期間や、放電ランプＬａの消灯時のように電極の温度が低下する期間のほか、放電ランプＬａのランプ電流が定格電流よりも小さい期間においても電極の発熱量が少なくなるから、両電極に温度差が生じやすくなる。そこで、デューティ可変部１７に、電流検出回路６を通して放電ランプＬａのランプ電流に相当する信号を入力しているのであって、図５（ａ）に示すようにランプ電流が規定した閾値Ａｔよりも小さい期間Ｔ３には、図５（ｂ）のように、デューティ可変部１７から出力されるデューティ可変信号をオンにする。つまり、ランプ電流が定格電流よりも小さく両電極に温度差が生じやすくなると、電圧の極性ごとに印加時間を異ならせることによって両電極に温度差が生じないようにし、結果的に電極間のアークの起点位置をほとんど変化させず、放電ランプＬａの寿命を延ばすことになる。
【００４５】
上述の例では、ランプ電流が規定した閾値Ａｔよりも小さくなる全期間においてデューティ可変信号をオンにしているが、必ずしも全期間においてデューティ可変信号をオンにしなくてもよい。そこで、図６（ａ）のようにランプ電流が規定した閾値Ａｔよりも小さくなると、図６（ｂ）のように閾値Ａｔよりも小さくなった時点ｔ４から所定期間Ｔ４だけデューティ可変信号をオンにするようにしてもよい。あるいはまた、ランプ電流が閾値Ａｔよりも小さい期間において、所定期間Ｔ４ずつ一定の休止期間Ｔ５をおいて間欠的にデューティ可変信号をオンにしてもよい。ここに、所定期間Ｔ４と休止期間Ｔ５とはともに数秒程度とすればよい。なお、このようにデューティ可変信号を間欠的にオンにすれば、ランプ電流が閾値Ａｔよりも小さい期間の長さによらず、電極の温度差を制御することができるから、電極の温度差を調節するのが容易になる。
【００４６】
ところで、マイコン１０に内蔵されているフルブリッジ制御部１６は、図７のようにアナログ回路で構成することが可能である。図７に示すフルブリッジ制御部１６は、一定周波数の三角波を生成する三角波生成部２１と、三角波生成部２１で生成された三角波を適宜の基準電圧Ｖｔと比較することによって矩形波を生成する矩形波生成部２２と、矩形波生成部２２から出力された矩形波から２相の制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する２相信号発生回路２３とにより構成される。
【００４７】
三角波生成部２１は、出力コンデンサＣ３の端子電圧を三角波状に変化させるように構成したものであって、それぞれ電流Ｉ１，Ｉ２を出力する２個の定電流源ＩＳ１，ＩＳ２を備える。出力コンデンサＣ３を充電させるか放電させるかは、一対のトランジスタＱ１１，Ｑ１２からなるカレントミラー回路と、カレントミラー回路の入力側であるトランジスタＱ１１のコレクタ−エミッタにコレクタ−エミッタを並列接続したトランジスタＱ１３とを用いて切り換える。すなわち、カレントミラー回路の出力側であるトランジスタＱ１２のコレクタ−エミッタに出力コンデンサＣ３を並列接続するとともに、トランジスタＱ１２のコレクタに定電流源ＩＳ１を接続し、また定電流源ＩＳ２はトランジスタＱ１１のコレクタに接続してある。したがって、トランジスタＱ１３がオンである期間にはカレントミラー回路が遮断され、定電流源ＩＳ１から出力コンデンサＣ３に充電電流Ｉ１が流れ、トランジスタＱ１３がオフである期間にはカレントミラー回路が動作してトランジスタＱ１２に定電流源ＩＳ２からの電流Ｉ２と同じ電流が流れるように出力コンデンサＣ３を放電させる。ここに、出力コンデンサＣ３の放電電流をＩ３とすれば、Ｉ２＝Ｉ１＋Ｉ３になり、電流Ｉ１，Ｉ２は定電流源ＩＳ１，ＩＳ２からの一定電流であるから、出力コンデンサＣ３の放電電流Ｉ３も一定電流になる。
【００４８】
出力コンデンサＣ３の端子電圧は、コンパレータＣＰ１によって、抵抗Ｒ６，Ｒ７で得られる基準電圧と比較される。コンパレータＣＰ１はヒステリシスを有しており、出力コンデンサＣ３の端子電圧が、基準電圧より低く設定される下側電圧に達してコンパレータＣＰ１の出力がＨレベルになると、基準電圧より高く設定される上側電圧に達するまではコンパレータＣＰ１の出力がＬレベルになる。つまり、出力コンデンサＣ３の端子電圧が下側電圧に達してコンパレータＣＰ３の出力がＨレベルになるとトランジスタＱ１３がオンになるから、カレントミラー回路が非動作になり、定電流源ＩＳ１からの一定電流Ｉ１によって出力コンデンサＣ３が充電される。また、出力コンデンサＣ３が充電されることによって端子電圧が上側電圧に達してコンパレータＣＰ１の出力がＬレベルになるとトランジスタＱ１３がオフになるから、カレントミラー回路が作動し、定電流源ＩＳ２からの一定電流ＩＳ２に規制される放電電流で出力コンデンサＣ３が放電される。出力コンデンサＣ３が放電すれば端子電圧は再び低下するから、下側電圧に達して上述の動作を繰り返すのである。つまり、出力コンデンサＣ３は一定電流ＩＳ１での充電と、一定電流ＩＳ３（＝Ｉ２−Ｉ１）での放電とを繰り返すから、出力コンデンサＣ３の端子電圧は図８（ａ）に示す三角波状になる。
【００４９】
矩形波生成部２２は、三角波生成部２１で生成された三角波を３個の抵抗Ｒ８〜Ｒ１０で生成した基準電圧Ｖｔと比較するコンパレータＣＰ２を備える。抵抗Ｒ１０にはトランジスタＱ１４のコレクタ−エミッタが並列接続される。トランジスタＱ１４のオンオフはデューティ可変信号を否定回路Ｌｇ１で反転させた信号により制御される。図８（ｄ）に示すデューティ可変信号がオンであるときにトランジスタＱ１４はオフであって、抵抗Ｒ８，Ｒ９の接続点から得られる基準電圧Ｖｔは図８（ａ）に示す比較的高い電圧Ｖｔ１′になり、デューティ可変信号がオフであるときにトランジスタＱ１４はオンであって、基準電圧Ｖｔは比較的低い電圧Ｖｔ１になる。電圧Ｖｔ１を三角波生成部２１で生成される三角波の振幅の２分の１の電圧に設定することによって、コンパレータＣＰ２の出力はＨレベルとＬレベルとの期間が１：１になる。また、電圧Ｖｔ１′を電圧Ｖｔ１よりも高く設定することによって、コンパレータＣＰ２の出力はＨレベルの期間がＬレベルの期間よりも短くなる。
【００５０】
コンパレータＣＰ２の出力である矩形波生成部２２の出力は、２相信号発生回路２３を構成するバッファＬｇ２と否定回路Ｌｇ３とにそれぞれ入力され、図８（ｂ）（ｃ）のように互いに反転した２相の制御信号Ｓ１，Ｓ２が生成される。
【００５１】
以上説明したように、フルブリッジ制御部１６として図７に示す構成を用いると、デューティ可変信号に応じて２相信号のオン期間を２段階に切り換えることが可能になる。また、コンパレータＣＰ２の基準電圧Ｖｔを変化させることによって２相信号のオン期間を変化させることができるから、基準電圧Ｖｔを多段階あるいは連続的に変化させるデューティ可変信号を用いることも可能である。
【００５２】
（実施形態２）
本実施形態は、図９に示すように、図１に示した実施形態１とはマイコン１０に、フリッカ検出手段としてのチラツキ検出部１８と、チラツキ検出部１８に放電ランプＬａの光出力に相当するデジタル値を出力するＡ／Ｄ変換器１９とを付加したものである。チラツキ検出部１８は、放電ランプＬａにおけるフリッカの発生を検出するものであって、Ａ／Ｄ変換器１１から出力されるランプ電圧に相当するデジタル値と、Ａ／Ｄ変換器１２から出力されるランプ電流に相当するデジタル値と、Ａ／Ｄ変換器１９から出力される放電ランプＬａの光出力に相当するデジタル値との少なくとも１要素を検出要素に用いてフリッカの発生を検出する。Ａ／Ｄ変換器１９に入力される放電ランプＬａの光出力としては、たとえば放電ランプＬａの近傍に配置したフォトダイオードなどの受光素子の出力を用いる。
【００５３】
チラツキ検出部１８では、フリッカを検出すると点灯モード制御部１３と同様にデューティ可変部１７への指示を与え、フルブリッジ制御回路１６に与えるデューティ可変信号をオンにし、放電ランプＬａに印加する電圧の負極性の期間を正極性の期間よりも長くする。つまり、放電ランプＬａの電極の温度差によってフリッカが生じているとみなし、電極の温度差を低減するように各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプＬａに印加するのである。ここに、チラツキ検出部１８がフリッカを検出している期間に、各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプに印加させるほか、チラツキ検出部１８においてタイマ（図示せず）を設け、フリッカを検出した時点からタイマで時限した所定期間において各極性ごとの印加時間を異ならせた交番電圧を放電ランプＬａに印加させるようにしてもよい。
【００５４】
チラツキ検出部１８においてフリッカの発生の有無を検出する技術としては、上述した検出要素の少なくとも１種類を用い、検出要素の単位時間内の変化量を求め、変化量が規定値以上であるとフリッカが発生していると判断する技術、あるいは、上述した検出要素の少なくとも１種類を用い、検出要素の単位時間内の変化量が規定値以上である回数を一定の判定期間毎に求め、判定期間に求めた回数が規定した閾値以上であるとフリッカが発生していると判断する技術を用いる。
【００５５】
すなわち、図１０に示すように、単位時間Δｔにおける検出要素の値を読み込み（Ｓ１）、単位時間Δｔにおける検出要素の値の変化量を求める（Ｓ２）。変化量は、単位時間Δｔにおける最大値と最小値との差の絶対値であって、変化量を規定値と比較することにより（Ｓ３）、フリッカが生じているか否かを判断することができる。つまり、変化量が規定値以上であるとフリッカが生じていると判断する（Ｓ４）。検出要素の値の変化と単位時間Δｔとの関係を図１１（ａ）に示す。
【００５６】
上述したように、検出要素の値の単位時間Δｔ内における変化量は単位時間Δｔ内の最大値と最小値との差の絶対値として求めるのであって、たとえば検出要素としてランプ電圧を用いるものとし、図１１（ｂ）のように、単位時間Δｔ内においてランプ電圧がＶｌａ１，Ｖｌａｍｉｎ（最小値），……Ｖｌａｍａｘ（最大値），……，Ｖｌａ２と変化したとすれば、Ｖｌａｍａｘ−Ｖｌａｍｉｎを変化量に用いる。また、変化量として、単位時間Δｔごとにサンプリングした測定値について隣接する各２個の測定値の差の絶対値を用いるようにしてもよい。たとえば、図１１（ｂ）の例を用いるとすれば、｜Ｖｌａ２−Ｖｌａ１｜を変化量に用いてもよい。変化量をこのようにして求めると、サンプリング回数が少なく処理も簡単になるが、変化量を精度よく求める必要があれば最大値と最小値との差を求めるのが望ましい。ここに、検出要素としてランプ電圧を例示したが、ランプ電流、光出力のいずれかであってもよく、また３者のうちの２種類以上を組合せて用いてもよい。２種類以上の検出要素を組み合わせる場合には、２種類以上の検出要素についてフリッカが生じていると判断されたときにフリッカと判断したり、いずれか１種類の検出要素でフリッカが生じていると判断されたときにフリッカと判断すればよい。
【００５７】
ところで、放電ランプＬａに矩形波電圧を印加して点灯させる場合に、印加電圧の極性が反転した直後には、図１２のように、オーバーシュートなどによって検出要素の値が変動する（たとえば、ランプ電圧の波形が乱れる）期間が生じる。この期間において検出要素からフリッカの発生の有無を判断すると誤認する可能性がある。そこで、フリッカの発生の有無を判断するために検出要素を検出する期間としては、ランプ電圧の極性反転の直後の期間を除外するのが望ましい。たとえば、図１２に示すように、極性反転から所定時間後に検出要素を検出する期間Ｔｓを設ける。図示例においてランプ電流は放電ランプＬａの通過電流であり、ランプ電圧は抵抗Ｒ３の両端電圧である。
【００５８】
また、極性反転毎に極性反転から次の極性反転までの期間における後半部分において検出要素を検出し、極性反転毎に検出した検出要素の値を用いて（つまり、単位時間Δｔが極性反転の半周期に相当する）フリッカの発生の有無を判断するようにしてもよい。あるいはまた、極性反転の１周期毎に検出要素を検出し、検出した検出要素の値を複数周期において平均した平均値を用い、フリッカの発生の有無の判定に用いてもよい。
【００５９】
上述したように、チラツキ検出部１８において、図１３に示すように、検出要素の単位時間Δｔ内の変化量が規定値以上である回数を一定の判定期間毎に求め、判定期間に求めた回数が規定した閾値以上であるとフリッカの発生と判断してもよい。すなわち、チラツキ検出部１８では回数を計数するのであって、フリッカの発生の有無を判断するときには、まず計数値をリセットする（Ｓ１）。次に、単位時間Δｔにおける検出要素を読み込み（Ｓ２）、単位時間Δｔにおける検出要素の変化量を求める（Ｓ３）。さらに、変化量を規定値と比較し（Ｓ４）、変化量が規定値以上であると計数値をインクリメントした後（Ｓ５）、計数値を閾値と比較する（Ｓ６）。ここで、計数値が閾値以上であるときにはフリッカが生じていると判断する（Ｓ７）。一方、変化量が規定値未満であるか計数値が閾値未満であるときには、一定の判定期間Ｔｄ内か否かを判断し（Ｓ８）、判定期間Ｔｄ内であればステップＳ２に戻り、検出要素の次の値を読み込む。判定期間Ｔｄは、単位時間Δｔの整数倍の期間であって、判定期間Ｔｄ内においてステップＳ６の条件（計数値が閾値以上）が満たされなければ、ステップＳ１に戻って計数値がリセットされる。なお、単位時間Δｔ、規定値、変化量については図１０に示した処理と同様に規定すればよい。
【００６０】
図１３に示した処理手順でフリッカの発生の有無を判定する例を図１４に示す。図示例では単位時間Δｔにおける変化量が規定値以上の場合を○で表し、規定値未満の場合を×で表している。チラツキ検出部１８では、判定期間Ｔｄにおいて○の個数が閾値以上になるとフリッカが発生していると判断するのである。一般に、光出力の変化する周波数が３〜１５Ｈｚとなると人の目でチラツキを感じて不快感を生じるから、判定期間Ｔｄを１秒間とし、閾値を３〜１５回の範囲で設定するのが望ましい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、放電ランプに印加する電圧の各極性ごとの印加時間を可変として放電ランプの両電極の温度差を低減するから、ランプ電圧の印加時間を極性ごとに変化させるだけの簡単な制御としながらも放電ランプの両電極の温度差を低減してフリッカを軽減することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の回路図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上に用いるフルブリッジ制御部の構成例を示す回路図である。
【図８】同上の動作説明図である。
【図９】実施形態２の回路図である。
【図１０】同上におけるチラツキ検出部の動作例を示す動作説明図である。
【図１１】同上の動作説明図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【図１３】同上におけるチラツキ検出部の他の動作例を示す動作説明図である。
【図１４】同上の動作説明図である。
【図１５】放電ランプの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ＤＣ−ＤＣ変換回路
２  インバータ回路
３  制御回路
４  分圧回路
５ａ，５ｂ  ドライブ回路
６  電流検出回路
７  ＰＷＭ制御回路
１０  マイコン
１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  Ａ／Ｄ変換器
１３  点灯モード制御部
１４  電力制御部
１５  データテーブル
１６  フルブリッジ制御部
１７  デューティ可変部
１８  チラツキ検出部
１９  Ａ／Ｄ変換器
Ｌａ  放電ランプ
Ｑ１  スイッチング素子
Ｑ２〜Ｑ５  スイッチング素子
【図１】
2005019141.tif 000003
【図２】
2005019141.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005019141.tif 000007
【図６】
2005019141.tif 000008
【図７】
2005019141.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005019141.tif 000013
【図１２】
2005019141.tif 000014
【図１３】
2005019141.tif 000015
【図１４】
2005019141.tif 000016
【図１５】
2005019141.tif 000017